Начнем с определения.
Интерференция (физика) — взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга.
Однако, наблюдая за кругами на воде во время редкого дождя, можно заметить, что волны совершенно спокойно проходят сквозь друг друга практически без затухания или какой-то синхронизации, не увеличивая и не уменьшая свою амплитуду. Причем независимость эту можно наблюдать и в звуковых колебаниях воздуха. Стереофоническое звучание группы инструментов оркестра не превращается в один монофонический звук, даже если все инструменты издают одну ноту.
Еще более ярким примером служит свет от нескольких источников плюс свет, отраженный от стен и предметов. Все лучи не сливаются, не интерферируют, а независимо долетают до сетчатки глаза, фотопленки или матрицы электронного фотоаппарата. Но вот здесь, наверное, и кроется разгадка интерференции, как ее понимали классики физики. Когда на светочувствительный элемент малого размера воздействуют лучи, прилетевшие от разных источников, этот элемент «почувствует» итоговые колебания светового электромагнитного поля. Могу уверенно сказать, что для фотопластинок или фотопленки, использовавшихся не так давно для фотосъемки, очень важными факторами являлись интенсивность освещения и время воздействия света на светочувствительный слой. Можно измерить это воздействие произведением амплитуды световых колебаний на количество периодов этих же колебаний, прошедших за время экспозиции. Вот теперь интерференция заиграет в полную силу, если два световых потока именно в точке преобразования электромагнитной энергии в химическую или нервную будут складываться или вычитаться. Дополнительно отметим, что размер площадки, которая «возбуждается» световыми волнами тоже имеет огромное значение. И длина, и ширина этой площадки намного превышает длину световой волны, ведь клетки сетчатки глаза или молекулы солей серебра имеют достаточно протяженные размеры. Значит взаимное усиление-погашение должно происходит не в отдельных точках, а по всей площади светочувствительного элемента.
Итак, чтобы выявить интерференцию необходимо иметь нечто, преобразующее электромагнитную волну в определенной точке пространства в какой-то другой вид энергии. Это не позволит двум и более волнам двигаться дальше независимо друг от друга. Причем «двигаться дальше» сказано и об отражении. Отразившиеся две волны, пересекавшиеся в плоскости зеркала или экрана – это две независимые волны и ни о какой интерференции речи быть не может. Поэтому чаще всего интерференция рождается на сетчатке глаза или фотопленке.
Теперь немного о протяженности источников света. Если у нас имеется экран с двумя параллельными щелями, то длину щелей можно не ограничивать, так как мы хотим получить классическую интерференционную картинку в виде чередующихся светлых и темных полос. Ну или хотя бы цветных полос, если источник будет белого цвета. Но вот каким должна быть форма самого источника? Посмотрим на рисунок 1. Желтым цветом отмечена фотопластинка, черным – экран с двумя щелями, серым нарисован источник света, он к нам ближе всего. Источник имеет излучающую поверхность в форме прямоугольника с равномерным распределением света по всей поверхности. С помощью геометрической оптики в правой части рисунка легко видеть, что никакой интерференции не будет, так как вся поверхность фотопластинки будет освещена достаточно равномерно независимо от длин волны света, поскольку через каждую щель пойдет много лучей от разных точек излучающей поверхности экрана. На пластинке будут либо два размытых пятна, либо даже одно, если перегородка между щелями экрана будет мала.
Из сказанного следует, что источник света тоже должен иметь форму световой щели, чтобы лучи света, проходящие через экранирующие щели, не пересекались. На рисунке 2 показано движение лучей света, если источник также имеет щелевидную конструкцию и ширина щели соизмерима с щелями экрана. В данном случае происходит «фокусировка» лучей света за счет уменьшения поперечного размера источника. Чем меньше ширина щели нашего источника, тем точнее на фотопластинке должны отобразиться две щели, именно этого ожидал Ньютон, когда обнаружил… Впрочем, посмотрим, что же будет дальше.
Поговорим о размерах щелей. Если много волн от распределенного источника движутся в одном направлении, можно говорить о том, что свет – это пучок лучей. Ведь все волны от каждой точки излучающей поверхности образуют сплошной фронт движения, нормаль к которому и есть направление луча света. При этом легкая «размытость» края освещенной поверхности объясняется, как правило, освещением этого края не всеми точками распределенного источника. Но если размер излучающей поверхности источника мал (точечный источник) или мало одно измерение этой поверхности (щелевой источник), то световые волны уже не могут образовать сплошной фронт, края фронтальной поверхности все более закругляются и свет ярче проявляет свои волновые свойства. Рисунки 3 и 4 иллюстрируют, как с уменьшением размера щели прямолинейная геометрическая оптика уступает место оптике волновой.
Теперь становится понятным, что интерференцию от света из двух половин окна в комнате невозможно заметить. А вот если сделать щелевой источник света и экран с двумя щелями, ширина которых измеряется сотыми долями миллиметра, то шансы увидеть интерференционные полосы возрастают. Правда надо еще определить, какая должна быть перегородка между щелями.
Для того, чтобы светлая полоса в центре интерференционной картинки была достаточно широкой, надо чтобы угол между векторами из центров щелей к центру фотопластинки (на рисунке 5 фотопластинка нарисована зеленым цветом) был как можно меньше, чтобы большее число световых волн совпадало по фазе. Воздействие на светочувствительный слой в этом месте будет максимальным и соответственно будет максимальная засветка.
По мере удаления от центра длина каждого вектора изменяется, поэтому фазы световых волн из разных щелей уже не совпадают и в какой-то момент становятся противоположными. Суммарное воздействие света на светочувствительный слой становится равным нулю и никакой засветки в этих местах не будет. То есть, чем меньше ширина перегородки, тем ярче и шире светлая полоса в центре интерференционной картинки.
Образование общей интерференционной картинки можно понять из рисунка 6. Наиболее яркими будут те места, где свет от двух щелей либо совпадает по фазе (центр), либо сдвинут относительного другого на 360 градусов. Соответственно темными будут места, где фазы световых волн сдвинуты на 180 градусов.
Для белого света, где имеются световые волны широкого диапазона, светлых и темных полос не будет. Взаимно усиливаться и погашаться будут волны одного цвета. А поскольку для каждой длины волны найдется свое «место силы», которое не совпадает с «местом силы» другого цвета, на светочувствительном слое обнаружится радужная картинка.
Тем, у кого не хватает мастерства изготовить щелевой источник света и прорезать в фольге две щели шириной 0.03 мм на расстоянии 0.07 мм, а потом это все как-то закрепить, могу дать совет. Посмотрите на рабочую сторону компакт-диска. Алюминиевая основа компакт-диска «нарезана» лазером на очень тонкие круговые «ломтики». Свет, отражаясь от этих близко лежащих «ломтиков», попадает на сетчатку глаза и интерферирует на ней так же, как и в опыте с двумя щелями. Меняя угол отражения света, мы видим разные цвета в одних и тех же местах диска. Это происходит, потому что для данного угла отражения и расстояния между дорожками компакт-диска произошло наложение световых волн именно того цвета, который Вы видите.
Спасибо, что дочитали статью до конца.